Современная электроэнергетика. Электроэнергетика, тепловая и атомная

Введение

Электроэнергетика – это комплексная отрасль хозяйства, которая включает в свой состав отрасль по производству электроэнергии и передачу ее до потребителя. Электроэнергетика является важнейшей базовой отраслью промышленности России. От уровня ее развития зависит все народное хозяйство страны, а так же уровень развития научно-технического прогресса в стране.

Специфической особенностью электроэнергетики является то, что её продукция не может накапливаться для последующего использования, поэтому потребление соответствует производству электроэнергии и по размеру (с учетом потерь) и во времени.

Представить себе жизнь без электрической энергии уже невозможно. Электроэнергетика вторглась во все сферы деятельности человека: промышленность и сельское хозяйство, науку и космос, наш быт. Её специфическое свойство – возможность превращаться практически во все другие виды энергии (топливную, механическую, звуковую, световую и т.п.)

В промышленности электроэнергия применяется как для приведения в действие различных механизмов, так и непосредственно в технологических процессах. Работа современных средств связи основана на применении электроэнергии.

Электроэнергия в быту является основной частью обеспечения комфортабельной жизни людей.

Огромную роль электроэнергия играет в транспортной промышленности. Электротранспорт не загрязняет окружающую среду.

1. Значение электроэнергетики в экономике Российской Федерации

Стабильное развитие экономики невозможно без постоянно развивающейся энергетики. Электроэнергетика является основой функционирования экономики и жизнеобеспечения. Надежное и эффективное функционирование электроэнергетики, бесперебойное снабжение потребителей – основа поступательного развития экономики страны и неотъемлемый фактор обеспечения цивилизованных условий жизни всех ее граждан. Электроэнергетика является элементом ТЭК. ТЭК России является мощной экономико-производственной системой. Он определяющим образом влияет на состояние и перспективы развития национальной экономики, обеспечивая 1/5 производства валового внутреннего продукта, 1/3 объема промышленного производства и доходов консолидированного бюджета России, примерно половину доходов федерального бюджета, экспорта и валютных поступлений.

При развитии энергетики огромное значение придается вопросам правильного размещения электроэнергетического хозяйства. Важнейшим условием рационального размещения электрических станций является всесторонний учет потребности в электроэнергии всех отраслей народного хозяйства страны и нужд населения, а также каждого экономического района на перспективу.

Одним из принципов размещения электроэнергетики на современном этапе развития рыночного хозяйства является строительство преимущественно небольших по мощности тепловых электростанций, внедрение новых видов топлива, развитие сети дальних высоковольтных электропередач.

Существенная особенность развития и размещения электроэнергетики – широкое строительство теплоэлектроцентралей (ТЭЦ) для теплофикации различных отраслей промышленности и коммунального хозяйства. ТЭЦ размещают в пунктах потребления пара или горячей воды, поскольку передача тепла по трубопроводам экономически целесообразна лишь на небольшом расстоянии.

Важным направлением в развитии электроэнергетики является строительство гидроэлектростанций. Особенность современного развития электроэнергетики – сооружение электроэнергетических систем, их объединение и создание Единой энергетической системы (ЕЭС) страны.

2. Характеристика самых крупных тепловых и атомных электростанций

Тепловые электростанции (ТЭС). В России около 700 крупных и средних ТЭС. Они производят до 70% электроэнергии. ТЭС используют органическое топливо – уголь, нефть, газ, мазут, сланцы, торф. Тепловые электростанции ориентированы на потребителя и одновременно находятся у источников топливных ресурсов. Потребительскую ориентацию имеют электростанции, использующие высококалорийное топливо, которое экономически выгодно транспортировать. Электростанции, работающие на мазуте, располагаются преимущественно в центрах нефтеперерабатывающей промышленности. Крупными тепловыми электростанциями являются Березовская ГРЭС-1 и ГРЭС-2, работающие на углях Канско-Ачинского бассейна, Сургутская ГРЭС-1 и ГРЭС-2, Уренгойская ГРЭС – на газе.

Преимущества тепловых электростанций: относительно свободное размещение, связанное с широким распространением топливных ресурсов в России; способность вырабатывать электроэнергию без сезонных колебаний (в отличие от ГЭС). К Недостаткам относятся: использование невозобновимых топливных ресурсов; низкий КПД; крайне неблагоприятное воздействие на окружающую среду (тепловые электростанции всего мира выбрасывают в атмосферу ежегодно 200–250 млн. т золы и около 60 млн. т сернистого ангидрида; кроме того они поглощают огромное количество кислорода).

Атомные электростанции (АЭС). АЭС используют транспортабельное топливо. АЭС ориентируются на потребителей, расположенных в районах с напряженным топливно-энергетическим балансом или в местах, где выявленные ресурсы минерального топлива ограничены. Кроме этого, атомная электроэнергетика относится к отраслям исключительно высокой наукоемкости.

Доля АЭС в суммарной выработке электроэнергии в России составляет пока 12%, в США – 20%, Великобритании – 18.9%, Германии – 34%, Бельгии – 65%, Франции – свыше 76%.

Сейчас в России действуют девять АЭС общей мощностью 20.2 млн кВт: в Северо-Западном районе – Ленинградская АЭС, в ЦЧР – Курская и Нововоронежская АЭС, в ЦЭР – Смоленская, Калининская АЭС, Поволжье – Балаковская АЭС, Северном – Кольская АЭС, Урале – Белоярская АЭС, Дальнем Востоке – Билибинская АЭС.

Достоинства АЭС: их можно строить в любом районе; коэффициент использования установленной мощности равен 80%; при нормальных условиях функционирования они меньше наносят вред окружающей среде, чем иные виды электростанций; не поглощают кислород. Недостатки АЭС: трудности в захоронении радиоактивных отходов (д ля их вывоза со станции сооружаются контейнеры с мощной защитой и системой охлаждения; захоронение производится в земле на больших глубинах в геологически стабильных пластах); катастрофические последствия аварий на наших АЭС вследствие несовершенной системы защиты; тепловое загрязнение используемых АЭС водоемов. С экономической точки зрения ядерная энергетика специфична. Ей свойственны, по крайней мере, две кардинальные особенности. Первая особенность связана с большой ролью капиталовложений, которые вносят основной вклад в стоимость электроэнергии. Из чего следует необходимость особо тщательно и обоснованно учитывать роль капиталовложений. Вторая определяется спецификой использования ядерного топлива, которая существенно отличается от той, что присуща обычному химическому топливу. К сожалению, до сих пор не сложилось единого мнения о том, как следует учитывать эти особенности в экономических расчетах. На примере российской ядерной энергетики можно проанализировать вышеназванные особенности с точки зрения современных особенностей производства электроэнергии.

Несмотря на то, что экономические проблемы ядерной энергетики были обстоятельно изложены еще в монографии, тем не менее, существовавший до середины 80-х годов оптимизм в прогнозах ее развития определялся в основном представлениями об умеренной капиталоемкости АЭС, зачастую продиктованными соображениями политического плана.

Известно, что удельные капиталовложения в АЭС значительно выше, чем в обычные электростанции, особенно это касается АЭС с быстрыми реакторами. Это связано в первую очередь со сложностью технологической схемы АЭС: используются 2-х и даже 3-х контурные системы отвода тепла из реактора.

Создается специальная система гарантированного аварийного расхолаживания.

Предъявляются высокие требования к конструкторским материалам (ядерная чистота).

Изготовление оборудования и его монтаж ведутся в особо строгих, тщательно контролируемых условиях (реакторная технология).

К тому же термический к.п.д. на используемых в настоящее время в России АЭС с тепловыми реакторами заметно ниже, чем на обычных тепловых станциях.

Другим важным вопросом является то, что в твэлах внутри реактора постоянно содержится значительное количество ядерного топлива, необходимого для создания критической массы. В некоторых публикациях \например по данным Батова, Корякина Ю.И., 1969 г.\, предлагается включать в капиталовложения стоимость первой загрузки ядерного топлива. Если следовать этой логике, то в капвложения следует включать не только топливо, находящееся в самом реакторе, но и занятое во внешнем топливном цикле. Для реакторов, использующих замкнутый цикл с регенерацией топлива, таких как быстрые реакторы, общее количество «замороженного» таким образом топлива может в 2–3 раза, а то и больше превышать критическую массу. Все это значительно увеличит и без того значительную составляющую капвложений и соответственно ухудшит расчетные экономические показатели АЭС.

Такой подход нельзя считать правильным. Ведь в любом производстве одни элементы оборудования находятся в постоянной эксплуатации, а другие материальные средства службы регулярно заменяются новыми. Однако, если этот срок не слишком велик, их стоимость не причисляют к капвложениям. Эти затраты учитываются в качестве обычных, текущих. В случае с твэлами в пользу этого свидетельствует период их использования, который не превышает нескольких месяцев.

Важным является также вопрос о цене ядерного топлива. Если речь идет только об уране, то его стоимость определяется затратами на добычу, извлечение из руды, изотопное обогащение (если таковое необходимо).

Если топливом является плутоний, который используется для быстрых реакторов, то в общем случае следует различать два режима: замкнутый, когда плутония достаточно для обеспечения потребностей развивающейся энергетики, и конверсионный, когда его не хватает и наряду с ним используется 235 U. Для случая конверсионного цикла цена плутония должна определяться из сопоставления с известной ценой 235 U. В любом быстром реакторе можно использовать как плутониевое, так и урановое топливо. Поэтому при экономическом сопоставлении влияния эффекта вида топлива на капитальную составляющую стоимости электроэнергии можно исключить. Достаточно приравнять между собой лишь непосредственные затраты на топливо (топливные составляющие) в том и другом случае. По оценкам специалистов цена плутония превосходит цену 235 U примерно на 30%. Для плутония это обстоятельство важно, поскольку нарабатываемый плутоний как побочный продукт приносит большой доход.

Знание истории развития электроэнергетики помогает понять логику выбора направления её развития, природу возникающих перед ней проблем и возможные способы их решения.

Становление электроэнергетики как самостоятельной отрасли промышленности и экономики

История науки и техники ведет отсчет развития электроэнергетики с 1891 г., когда состоялось испытание трехфазной системы электропередачи на международной электротехнической выставке в г. Франкфурте-на-Майне .

На гидроэлектростанции в Лауфене электрическая энергия вырабатывалась гидроагрегатом, состоящем из турбины, конической зубчатой передачи и трехфазного синхронного генератора (мощность 230 кВ А, частота вращения 150 об/мин, напряжение 95 В, соединение обмоток звездой). В Лауфене и Франкфурте находилось по три трансформатора, погруженных в баки, наполненные маслом.

Трехпроводная линия была выполнена на деревянных опорах со средним пролетом около 60 м. Медный провод диаметром 4 мм крепился на штыревых фарфоро-масляных изоляторах. Интересной деталью линии являлась установка плавких предохранителей со стороны высокого напряжения: в начале линии в разрыв каждого провода был включен участок длиной 2,5 м, состоявший из двух медных проволок диаметром 0,15 мм каждая. Для отключения линии во Франкфурте посредством простого приспособления устраивалось трехфазнос короткое замыкание, плавкие вставки перегорали, турбина начинала развивать большую скорость, и машинист, заметив это, останавливал ее.

На выставочной площадке во Франкфурте был установлен понижающий трансформатор, от которого при напряжении 65 В питались 1000 ламп накаливания, расположенных на огромном щите. Здесь же был установлен трехфазный асинхронный двигатель ДоливоДобровольского, приводивший в действие гидравлический насос мощностью около 100 л. с., питавший небольшой искусственный водопад. Одновременно с этим мощным двигателем М.О. Доливо-Добровольский экспонировал асинхронный трехфазный двигатель мощностью около 100 Вт с вентилятором на его валу и двигатель мощностью 1,5 кВт с сидящим на его валу генератором постоянного тока.

Испытания электропередачи, которые проводились Международной комиссией, дали следующие результаты: минимальный КПД электропередачи (отношение мощности на вторичных зажимах трансформатора во Франкфурте к мощности на валу турбины в Лауфене) - 68,5 %, максимальный - 75,2 % при линейном напряжении около 15 кВ, а при напряжении 25,1 кВ максимальный КПД составил 78,9 %.

Результаты испытаний электропередачи Лауфен-Франкфурт не только продемонстрировали возможности передачи энергии на большие расстояния в виде электрической энергии, но и поставили точку в давнем споре сторонников постоянного либо переменного тока в пользу переменного тока.

Создание трехфазной системы - важнейший этап в развитии электроэнергетики и электрификации. После закрытия Франкфуртской выставки электростанция в Лауфене перешла в собственность г. Хейльборна, расположенного в 12 км от Лауфена, и была пущена в эксплуатацию в начале 1892 г. Электроэнергия использовалась для питания всей городской осветительной сети, а также ряда небольших заводов и мастерских. Понижающие трансформаторы устанавливались непосредственно у потребителей.

В том же 1892 г. была сдана в эксплуатацию линия Бюлах- Эрликон (Швейцария). Электроэнергия, вырабатываемая гидроэлектростанцией с гремя трехфазными генераторами мощностью 150 кВт каждый, построенная у водопада в г. Бюлахе, передавалась на расстояние 23 км для электроснабжения завода.

Вслед за этими первыми установками в короткое время были построены ряд электростанций; наибольшее их число находилось в Германии.

В США (в Калифорнии) первая трехфазная установка была сооружена в конце 1893 г. Темпы внедрения трехфазной системы в Америке вначале были заметно ниже, чем в Европе, из-за настойчивых попыток одной из крупнейших американских фирм - компании «Всстин- гауз» - развернуть работы по сооружению электростанций и электрических сетей но системе Теслы, т. е. двухфазных.

Для переходного периода в любой области техники характерны попытки комбинирования устаревающих и новых технических решений. Так, в течение почти двух десятилетий делались попытки «примирить» трехфазные системы с другими системами. В эти годы существовали электростанции, на которых одновременно работали генераторы постоянного, переменного однофазного, двухфазного и трехфазного тока или любая их комбинация. Напряжения и частоты были различными, потребители питались по раздельным линиям. Попытки спасти устаревающие системы, а вместе с ними и освоенное заводами электрооборудование, приводили к созданию комбинированных систем.

Но уже начиная с 1901-1905 гг. в основном сооружаются трехфазные электростанции, которые вначале преимущественно были станциями фабрично-заводского типа. Трехфазная техника позволяла строить крупные электростанции иа месте добычи топлива или па подходящей реке, а вырабатываемую энергию транспортировать по линиям электропередачи в промышленные районы и города. Такие электростанции стали называть районными.

Первые районные электростанции были построены во второй половине 90-х гг. XIX в., а в следующем столетии они составили основу развития электроэнергетики. Первой районной электростанцией считают Ниагарскую ГЭС. Строительство таких электростанций приобрело широкий размах с начала XX в. Этому способствовал рост потребления электроэнергии, связанный с внедрением в промышленность электропривода, развитием электрического транспорта и электрического освещения городов. Электрические станции становились крупными промышленными предприятиями, сети разных станций объединялись, создавались первые энергетические системы. Под энергетической системой стали понимать совокупность электростанций, линий электропередачи, подстанций и тепловых сетей, связанных общностью режима и непрерывностью процесса производства и распределения электрической и тепловой энергии.

Потребность объединять работу нескольких электростанций в общую сеть стала проявляться уже в 90-х гг. XIX в. Она обусловлена тем, что при совместной работе уменьшается необходимый резерв на каждой станции в отдельности, появляется возможность ремонта оборудования без отключения основных потребителей, создаются условия для выравнивания графика нагрузки базисных станций в целях более эффективного использования энергетических ресурсов. Первое известное объединение двух трехфазных электростанций было осуществлено в 1892 г. в Швейцарии.

Русские электротехники сумели быстро оценить достоинства трехфазной системы. Уже в январе 1892 г. на 4-й Петербургской электротехнической выставке демонстрировались две трехфазные машины системы Доливо-Добровольского мощностью по 15 кВт. В России первым предприятием с трехфазным электроснабжением был Новороссийский элеватор. Он представлял собой огромное сооружение, и задача распределения энергии по его этажам и различным зданиям могла быть решена наилучшим образом только с помощью электричества. Элеватор был электрифицирован в 1893 г. Все машины по разработанным за границей проектам изготовлялись в собственных мастерских элеватора. На электростанции, построенной рядом с элеватором, были установлены четыре синхронных генератора мощностью 300 кВт каждый. В то время это была самая мощная в мире трехфазная электростанция. В помещениях элеватора работали трехфазные двигатели мощностью 3,5-15,0 кВт, которые приводили в действие различные машины и механизмы. Часть энергии использовалась для освещения.

Первая в России электропередача значительной протяженности была сооружена на Павловском прииске Ленского золотопромышленного района в Сибири. На электростанции, построенной в 1896 г. на р. Ныгра, были установлены трехфазный генератор (98 кВт, 600 об/мин, 140 В) и трансформатор соответствующей мощности, повышающий напряжение до 10 кВ. Электроэнергия передавалась на прииск, удаленный от станции на расстояние 21 км. На прииске для привода водоотливных устройств использовались трехфазные асинхронные двигатели мощностью 6,5-25,0 л. с. (напряжение 260 В). С 1897 г. началась электрификация крупных городов: Москвы, Петербурга, Самары, Киева, Риги, Харькова и др.

Интересно отметить, что во время бурного развития трехфазных электропередач высокого напряжения (до 150 кВ) М.О. Доливо- Добровольский на основе технико-экономических расчетов пришел к выводу о том, что при передаче энергии на несколько сотен километров при напряжении свыше 200 кВ целесообразно генерирование и распределение энергии осуществлять переменным током, а передачу - постоянным током высокого напряжения. Линия постоянного тока в начале и в конце должна подсоединяться к преобразовательным подстанциям, на которых устанавливаются ртутные выпрямители. К такому выводу он пришел, даже не зная о такой проблеме для мощных линий передач переменного тока, как устойчивость.

В наши дни его предсказание оправдалось, и во многих странах успешно действуют линии электропередачи постоянного тока сверхвысокого напряжения (подробнее см. в 11.6). На рис. 1.1 и 1.2 показана динамика роста рабочего напряжения воздушных линий передач переменного и постоянного тока.

Рис. 1.1.

(рекордных) классов напряжения

Рис. 1.2.

(рекордных) кчассов напряжения

Дальнейшее развитие электроэнергетики в нашей стране проходило в несколько этапов:

• соединение электростанций на параллельную работу и образование первых энергосистем;
• образование территориальных объединений энергосистем (ОЭС);
• создание Единой энергетической системы (ЕЭС);
• функционирование ЕЭС России после образования независимых государств на территории бывшего СССР.

Основа создания энергетических систем в нашей стране была заложена Государственным планом электрификации России (ГОЭЛРО), утвержденным в 1920 г. Этот план предусматривал централизацию электроснабжения путем строительства крупных электростанций и электрических сетей с последовательным объединением их в энергетические системы. Планом ГОЭЛРО предусматривалось также всемерное развитие отечественной электротехнической промышленности, освобождение ее от засилья иностранного капитала, удельный вес которого составлял в ней в начале 20-х гг. 70 %. Для решения всех вопросов электротехники и подготовки высококвалифицированных специалистов в октябре 1921 г. был создан Государственный экспериментальный электротехнический институт, переименованный впоследствии во Всесоюзный электротехнический институт (ВЭИ).

Под руководством ведущих членов комиссии ГОЭЛРО (руководитель Г.М. Кржижановский) были спроектированы и построены ряд электростанций и линий электропередач: Шатурская ГРЭС (мощность 48 МВт, ввод в эксплуатацию в 1925 г.), Волховская ГЭС (66 МВт, 1926 г.), Нижнесвирская ГЭС (90 МВт, 1933 г.), Днепровская ГЭС (580 МВт, 1932 г.). Днепровская ГЭС была в то время самой крупной в Европе.

Первые энергосистемы - Московская и Петроградская - были созданы в 1921 г. В 1922 г. в Московской энергосистеме вошла в строй первая линия электропередачи напряжением 110 кВ Каширская ГРЭС - Москва длиной 120 км, а в 1933 г. была пущена ЛЭП напряжением 220 кВ Нижнесвирская ГЭС - Ленинград. (Первая линия 220 кВ во Франции была построена всего на полгода раньше). Были образованы новые энергосистемы: Донбасская (1926 г.), Ивановская (1928 г.), Ростовская (1929 г.) и др.

За 15-летний срок план ГОЭЛРО был значительно перевыполнен. Установленная мощность электростанций страны в 1935 г. составила 6,9 млн кВт, годовая выработка электроэнергии достигла 26,8 млрд кВт-ч. По производству электроэнергии Советский Союз занял второе место в Европе и третье в мире.

Процесс объединения энергосистем начался еще в первой половине 30-х гг. с создания сетей 110 кВ энергосистем в районах Центра и Донбасса. В 1940 г. для руководства параллельной работой Верхневолжских энергосистем (Горьковской, Ивановской и Ярославской) была создана объединенная диспетчерская служба. В связи с намечавшимся объединением энергосистем Юга в 1938 г. было создано Бюро Южной энергосистемы, которое затем было преобразовано в Оперативнодиспетчерское управление Юга; в 1940 г. была введена в эксплуатацию первая межсистемная связь напряжением 220 кВ Днепр-Донбасс.

Мощность всех электростанций страны в 1940 г. достигла 11,2 млн кВт, выработка электроэнергии составила 48,3 млрд кВт-ч.

Интенсивное плановое развитие электроэнергетики было прервано Великой Отечественной войной. Перебазирование промышленности западных районов на Урал и в восточные районы страны потребовало форсированного развития энергетики Урала, Казахстана, Центральной Сибири, Средней Азии, Поволжья, Закавказья и Дальнего Востока. Особенно большое развитие получила электроэнергетика Урала, где выработка электроэнергии с 1940 по 1945 гг. увеличилась в 2,5 раза.

В ходе войны электроэнергетике был нанесен громадный ущерб: взорваны, сожжены или частично разрушены 61 крупная электростанция и большое число мелких общей мощностью 5 млн кВт, т. е. почти половина установленных к тому времени мощностей. Разрушено 10 тыс. км магистральных линий электропередачи высокого напряжения, большое количество подстанций.

Восстановление энергетического хозяйства началось уже с конца 1941 г. В 1942 г. восстановительные работы велись в центральных районах европейской части СССР, а к 1945 г. эти работы распространились на всю освобожденную территорию страны.

В 1946 г. суммарная мощность электростанций СССР достигла довоенного уровня: в 1947 г. страна по производству электроэнергии вышла на первое место в Европе и на второе в мире.

В 1954 г. в г. Обнинске была введена в эксплуатацию первая в мире атомная электростанция мощностью 5 МВт.

В 1955 г. суммарная мощность электростанций достигла 37,2 млн кВт, выработка электроэнергии составила 170,2 млрд кВт-ч.

Переход к следующему, качественно новому этапу развития электроэнергетики был связан с вводом в эксплуатацию мощных Волжских ГЭС и дальних линий электропередачи 400-500 кВ. В 1956 г. была введена в работу первая электропередача 400 кВ Куйбышев (ныне Самара) - Москва.

ЛЭП 400 кВ Куйбышев-Москва объединила энергосистемы Средней Волги, линия Куйбышев-Урал - с энергосистемами Прсдура- лья и Урала. Этим было положено начало объединению энергосистем различных регионов и созданию ЕЭС европейской части СССР.

В течение 60-х гг. завершилось формирование ЕЭС европейской части СССР, и в 1970 г. начался следующий этап развития электроэнергетики страны - формирование ЕЭС СССР в составе: ОЭС Центра, Урала, Средней Волги, Северо-Запада, Юга, Северного Кавказа и Закавказья, включавших 63 энергосистемы; три территориальные ОЭС - Казахстана, Сибири и Средней Азии работали раздельно; ОЭС Дальнего Востока находилась в стадии формирования.

В 1972 г. в состав ЕЭС СССР вошла ОЭС Казахстана. В 1973 г. энергосистема Болгарии присоединена на параллельную работу с ЕЭС СССР по межгосударственной связи 400 кВ Молдавская ГРЭС- Вулканешты-Добруджа.

В 1978 г. с завершением строительства транзитной связи 500 кВ Сибирь-Казахстан-Урал присоединилась на параллельную работу ОЭС Сибири. В том же году было закончено строительство межгосударственной связи 750 кВ Западная Украина - Альбертирша (Венгрия), и с 1979 г. началась параллельная работа ЕЭС СССР и ОЭС стран-членов Совета экономической взаимопомощи (СЭВ).

От сетей ЕЭС СССР осуществлялся экспорт электроэнергии в МНР, Финляндию, Турцию и Афганистан; через преобразовательную подстанцию постоянного тока в районе Выборга ЕЭС СССР соединилась с энергообъединением Скандинавских стран NORDEL.

Динамика структуры генерирующих мощностей в 70-х и 80-х гг. характеризуется: нарастающим вводом мощностей на АЭС в западной части страны и дальнейшим вводом мощностей на высокоэффективных ГЭС преимущественно в восточной части страны; началом работ по первому этапу создания Экибасгузского энергетического комплекса; общим ростом концентрации генерирующих мощностей и увеличением единичной мощности агрегатов. Мощность наиболее крупных электростанций России в настоящее время составляет: ТЭС - 4800 МВт (Сургутская ГРЭС-2), АЭС - 4000 МВт (Балаковская, Ленинградская, Курская), ГЭС - 6400 МВт (Саяно-Шушенская).

Технический прогресс в развитии системообразующих сетей характеризовался последовательным переходом к более высоким ступеням напряжения. Освоение напряжения 750 кВ началось с ввода в эксплуатацию в 1967 г. опытно-промышленной электропередачи Конаковская ГРЭС - Москва. В течение 1971-1975 гг. в ОЭС Юга была сооружена широтная магистраль 750 кВ Донбасс - Днепр - Винница - Западная Украина. В 1975 г. была сооружена межсистсмная связь 750 кВ Ленинград-Конаково, позволившая передать в ОЭС Центра избыточную мощность ОЭС Северо-Запада. Для создания мощных связей с восточной частью ЕЭС сооружалась магистральная линия электропередачи 1150 кВ Сибирь-Казахсган-Урал. Было начато также строительство электропередачи постоянного тока напряжением 1500 кВ Экиба- стуз-Цснтр.

В табл. 1.1 приведены данные по установленной мощности электростанций и протяженности электрических сетей 220-1150 кВ ЕЭС СССР за период 1960-1991 гг.

В послевоенные годы электрификация стала основой научно- технического прогресса страны. На ее базе происходило непрерывное совершенствование технологий в промышленности, транспорте, связи, сельском хозяйстве и строительстве, осуществлялась механизация и автоматизация производственных процессов. Рост производства электроэнергии в эти годы опережал рост произведенного национального дохода в 1,6 раза.

Таблица 1.1

Рост установленной мощности электростанций и протяженности электрических сетей 220-1150 кВ ЕЭС СССР

Управление электроэнергетикой страны до 1991 г. происходило в условиях монополии государственной собственности на все предприятия отрасли. Все электростанции и ЛЭП принадлежали государству и строились за счет средств государственного бюджета. Строительство объектов электроэнергетики осуществлялось по критерию минимальных народно-хозяйственных затрат. Такой подход к развитию отрасли при полном государственном регулировании минимизировал нспроизводительные затраты. Выбор места размещения новых электростанций и их мощность определялись наличием ТЭР в данном районе и экономической целесообразностью их использования.

Каждая крупная электростанция строилась так, чтобы обеспечивать электроэнергией территорию, охватывающую несколько смежных областей или республик. Для таких электростанций использовался термин «государственная районная электрическая станция» - ГРЭС, т. е. электростанция, построенная на государственные средства, принадлежащая государству и обеспечивающая электроэнергией большой район радиусом до 500-600 км и более. Как правило, эти крупные ГРЭС конденсационного типа или АЭС рассчитаны на производство большого количества электроэнергии. Такие электростанции явились основными производителями электроэнергии в составе ЕЭС СССР.

Тепловая энергия производилась на ГРЭС в небольшом количестве для собственных нужд электростанции и для близлежащих населенных пунктов.

Теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), вырабатывающие электрическую и тепловую энергию по комбинированному циклу, размещались в местах сосредоточения больших тепловых нагрузок, например крупных промышленных предприятий или городских районов. В каждом крупном городе была построена одна или несколько ТЭЦ. Они обеспечивали население и промышленность, в первую очередь, тепловой энергией, а попутно и дешевой электроэнергией, вырабатываемой на тепловой нагрузке.

Эффективность работы электроэнергетики обеспечивалась централизованным управлением режимами работы электростанций и электрических сетей, планированием и контролем их техникоэкономических показателей. Директивная система позволяла легко реализовать перераспределение экономического эффекта от деятельности различных предприятий электроэнергетики, исходя из интересов народного хозяйства страны, а экономические противоречия между производителями и потребителями разрешались самим же государством. Непротиворечивость интересов развития и функционирования отдельных предприятий электроэнергетики в этот период обеспечивалась единой нормативно-правовой основой, которая формировалась центральными органами государственного управления (Госпланом СССР и Минэнерго СССР) .

Централизованное распределение капитальных вложений в развитие и функционирование объектов электроэнергетики не было непосредственно связано с результатами хозяйственной деятельности отдельных предприятий, а непроизводительные расходы убыточных предприятий покрывались перераспределением доходов внутри самой отрасли за счет прибыльных предприятий. Директивное управление было направлено в основном на выполнение плановых технико-экономических показателей и ограничивало инициативу предприятий по улучшению своей деятельности, поскольку экономический эффект от успешной деятельности мог быть просто перераспределен в пользу другого, убыточного предприятия. Эти издержки централизации отчётливо проявились при переходе страны к рыночной экономике и стали побудительной причиной радикальной реформы электроэнергетической отрасли.

Промышленность любой страны состоит из большого количества разнообразных отраслей, таких как машиностроение или электроэнергетика. Это те направления, в которых развивается конкретная страна, и у разных государств могут быть различные акценты в зависимости от многих факторов, таких как природные ресурсы, технологическое развитие и так далее. В данной статье речь пойдет об одной очень важной и активно развивающейся на сегодняшний день отрасли промышленности - об электроэнергетике. Электроэнергетика - это отрасль, которая развивалась в течение многих лет постоянно, однако именно в последние годы она начала активно двигаться вперед, подталкивая человечество к использованию более экологичных источников энергии.

Что это такое?

Итак, в первую очередь необходимо разобраться, что вообще представляет собой данная отрасль. Электроэнергетика - это подразделение энергетики, которое отвечает за производство, распределение, передачу и продажу именно электрической энергии. Среди других отраслей данной сферы именно электроэнергетика является самой популярной и распространенной сразу по целому ряду причин. Например, из-за легкости ее дистрибуции, возможности передачи ее на огромные расстояния за кратчайшие промежутки времени, а также из-за ее универсальности - электрическую энергию можно без проблем при необходимости трансформировать в другие такие как тепловая, световая, химическая и так далее. Таким образом, именно развитию данной отрасли огромное внимание уделяют правительства мировых держав. Электроэнергетика - это отрасль промышленности, за которой будущее. Именно так считают многие люди, и именно поэтому вам необходимо более детально ознакомиться с ней с помощью данной статьи.

Прогресс производства электроэнергии

Чтобы вы могли полностью понять, насколько важной является для мира данная отрасль, необходимо взглянуть на то, как происходило развитие электроэнергетики на протяжении всей истории ее существования. Сразу же стоит отметить, что производство электроэнергии обозначается в миллиардах киловатт в час. В 1890 году, когда электроэнергетика только начинала развиваться, производилось всего девять млрд кВт/ч. Большой скачок произошел к 1950 году, когда производилось уже более чем в сто раз больше электроэнергии. С того момента развитие шло гигантскими шагами - каждое десятилетие добавлялось сразу по несколько тысяч миллиардов кВт/ч. В результате к 2013 году мировыми державами производилось в сумме 23127 млрд кВт/ч - невероятный показатель, который продолжает расти с каждым годом. На сегодняшний день больше всего электроэнергии дают Китай и Соединенные Штаты Америки - именно эти две страны имеют наиболее развитые отрасли электроэнергетики. На долю Китая приходится 23 процента вырабатываемой во всем мире электроэнергии, а на долю США - 18 процентов. Следом за ними идут Япония, Россия и Индия - каждая из этих стран имеет как минимум в четыре раза меньшую долю в мировом производстве электроэнергии. Что ж, теперь вам также известна и общая география электроэнергетики - пришло время перейти к конкретным видам этой отрасли промышленности.

Тепловая электроэнергетика

Вы уже знаете, что электроэнергетика - это отрасль энергетики, а сама энергетика, в свою очередь, является отраслью промышленности в целом. Однако разветвление не заканчивается на этом - электроэнергетики имеется несколько видов, некоторые из них очень распространенные и используются повсеместно, другие не так популярны. Существуют и альтернативные области электроэнергетики, где используются нетрадиционные методы, позволяющие добиваться масштабного производства электроэнергии без вреда окружающей среде, а также с нейтрализацией всех негативных особенностей традиционных методов. Но обо всем по порядку.

В первую очередь необходимо рассказать о тепловой электроэнергетике, так как она является самой распространенной и известной во всем мире. Как получается электроэнергия данным способом? Легко можно догадаться, что в данном случае происходит преобразование тепловой энергии в электрическую, а тепловая получается путем сжигания различных видов топлива. Теплоэлектроцентрали можно найти практически в каждой стране - это самый простой и удобный процесс получения больших объемов энергии при малых затратах. Однако именно этот процесс и является одним из самых вредных для окружающей среды. Во-первых, для получения электроэнергии используется природное топливо, которое когда-нибудь гарантированно закончится. Во-вторых, продукты горения выбрасываются в атмосферу, отравляя ее. Именно поэтому и существуют альтернативные методы получения электроэнергии. Однако это еще далеко не все традиционные виды электроэнергетики - есть и другие, и дальше мы сконцентрируемся именно на них.

Ядерная электроэнергетика

Как и в предыдущем случае, при рассмотрении ядерной электроэнергетики можно многое почерпнуть уже из названия. Выработка электроэнергии в данном случае производится на атомных реакторах, где происходит расщепление атомов и деление их ядер - в результате этих действий происходит большой выброс энергии, которая затем и трансформируется в электрическую. Вряд ли кому-то еще неизвестно, что это самая небезопасная электроэнергетика. Промышленность далеко не каждой страны имеет свою долю в мировом производстве ядерной электроэнергии. Любая утечка из такого реактора может привести к катастрофическим последствиям - достаточно вспомнить Чернобыль, а также происшествия в Японии. Однако в последнее время безопасности уделяется все больше внимания, поэтому атомные электростанции строятся и дальше.

Гидроэнергетика

Еще одним популярным способом производства электроэнергии является получение ее из воды. Этот процесс происходит на гидроэлектростанциях, он не требует ни опасных процессов деления ядра атома, ни вредных для окружающей среды сжиганий топлива, но имеет и свои минусы. Во-первых, это нарушение естественного течения рек - на них строятся дамбы, за счет которых создается необходимое течение воды в турбины, благодаря чему и получается энергия. Зачастую из-за строительства дамб осушаются и гибнут реки, озера и другие природные водохранилища, поэтому нельзя сказать, что это идеальный вариант для данной отрасли энергетики. Соответственно, многие предприятия электроэнергетики обращаются не к традиционным, а к альтернативным видам получения электроэнергии.

Альтернативная электроэнергетика

Альтернативная электроэнергетика - это собрание видов электроэнергетики, отличных от традиционных в основном тем, что они не требуют нанесения того или иного вида вреда окружающей среде, а также не подвергают никого опасности. Речь идет о водородной, приливной, волновой и многих других разновидностях. Самым распространенными из них являются ветро- и гелиоэнергетика. Именно на них делается акцент - многие считают, что именно за ними будущее данной отрасли. В чем суть этих видов?

Ветроэнергетика - это получение электроэнергии из ветра. В полях строятся ветряные мельницы, которые работают очень эффективно и позволяют обеспечивать энергией ненамного хуже, чем описанные ранее методы, но при этом для действия ветряков нужен только лишь ветер. Естественно, недостатком данного метода является то, что ветер - это природная стихия, которую невозможно себе подчинить, однако ученые работают над улучшением функциональности ветряных мельниц современности. Что касается гелиоэнергетики, то здесь электроэнергия получается из солнечных лучей. Как и в случае с предыдущим видом, здесь также необходимо работать над увеличением аккумулирующей мощности, так как солнце светит далеко не всегда - и даже если погода безоблачная, в любом случае в определенный момент наступает ночь, когда солнечные панели не способны производить электроэнергию.

Передача электроэнергии

Что ж, теперь вы знаете все основные виды получения электроэнергии, однако, как вы уже могли понять из определения термина электроэнергетики, получением все не ограничивается. Энергию необходимо передавать и распределять. Так, передается по линиям электропередач. Это металлические проводники, которые создают одну большую электрическую сеть во всем мире. Ранее чаще всего использовались воздушные линии - именно их вы можете видеть вдоль дорог, перекинутые от одного столба к другому. Однако в последнее время большую популярность обретают кабельные линии, которые прокладываются под землей.

История развития электроэнергетики России

Электроэнергетика России начала развиваться тогда же, когда и мировая - в 1891 году, когда впервые была удачно осуществлена передача электрической мощности на практически двести километров. В реалиях дореволюционной России электроэнергетика была невероятно слабо развита - годовая выработка электричества на такую огромную страну составляла всего 1,9 млрд кВт/ч. Когда же состоялась революция, Владимир Ильич Ленин предложил реализация которого была начата немедленно. Уже к 1931 году задуманный план был выполнен, однако скорость развития оказалась настолько впечатляющей, что к 1935 году план был перевыполнен в три раза. Благодаря этой реформе уже к 1940 году годовая выработка электроэнергии в России составила 50 млрд кВт/ч, что в двадцать пять раз больше, чем до революции. К сожалению, резкий прогресс был прерван Второй мировой войной, однако после ее завершения работы восстановились, и к 1950 году Советский Союз вырабатывал 90 млрд кВт/ч, что составляло около десяти процентов всеобщей выработки электроэнергии по всему миру. Уже к середине шестидесятых годов Советский Союз вышел на второе место в мире по производству электроэнергии и уступал только Соединенным Штатам. Ситуация оставалась на таком же высоком уровне вплоть до распада СССР, когда электроэнергетика оказалась далеко не единственной отраслью промышленности, которая сильно пострадала из-за этого события. В 2003 году был подписан новый ФЗ об электроэнергетике, в рамках которого в ближайшие десятилетия должно происходить стремительное развитие этой отрасли в России. И страна определенно движется в этом направлении. Однако одно дело - подписать ФЗ об электроэнергетике, и совершенно другое - его реализовать. Именно об этом и пойдет речь далее. Вы узнаете о том, какие на сегодняшний день существуют проблемы электроэнергетики России, а также какие будут выбираться пути для их решения.

Избыток электрогенерирующих мощностей

Электроэнергетика России находится уже в гораздо более хорошем состоянии, чем десять лет назад, так что можно смело сказать, что прогресс идет. Однако на недавно проведенном энергетическом форуме были выявлены основные проблемы этой отрасли в стране. И первая из них - избыток электрогенерирующих мощностей, который был вызван массовой постройкой электростанций низкой мощности в СССР вместо строительства малого количества электростанций высокой мощности. Все эти станции все равно нужно обслуживать, поэтому выхода из ситуации два. Первый - это вывод мощностей из эксплуатации. Этот вариант был бы идеальным, если бы не огромные стоимости такого проекта. Поэтому Россия, скорее всего, будет двигаться в сторону второго выхода, а именно увеличения объема потребления.

Импортозамещение

После введения западных станций промышленность России очень остро ощутила свою зависимость от заграничных поставок - это сильно затронуло и электроэнергетику, где практически ни в одной из современных сфер деятельности полный процесс производства тех или иных генераторов не проходил исключительно на территории РФ. Соответственно, правительство планирует наращивать производственные мощности в нужных направлениях, контролировать их локализацию, а также пытаться максимально избавиться от зависимости от импорта.

Чистый воздух

Проблема заключается в том, что современные российский компании, работающие в сфере электроэнергетики, очень сильно загрязняют воздух. Однако Министерство экологии РФ ужесточило законодательство и стало чаще собирать штрафы за нарушение установленных норм. К сожалению, компании, страдающие от этого, не планируют пытаться оптимизировать свое производство - они бросают все силы на то, чтобы задавить «зеленых» количеством, и требуют смягчения законодательства.

Миллиарды долга

На сегодняшний день суммарный долг пользователей электроэнергии по всей России составляет около 460 миллиардов российских рублей. Естественно, если бы в распоряжении страны были все те деньги, которые ей задолжали, то она могла бы значительно быстрее развивать электроэнергетику. Поэтому правительство планирует ужесточить наказания за просрочки в оплате счетов за электричество, а также будет призывать тех, кто не хочет платить по счетам в будущем, устанавливать собственные солнечные панели и снабжать себя энергией самостоятельно.

Регулируемый рынок

Самая главная проблема отечественной электроэнергетики - это полная регулируемость рынка. В европейских странах регулирование рынка энергетики практически полностью отсутствует, там имеется самая настоящая конкуренция, поэтому отрасль развивается огромными темпами. Все эти правила и регуляции очень сильно тормозят развитие, и в результате РФ уже начала закупки электроэнергии из Финляндии, где рынок практически не регулируется. Единственное решение этой проблемы - переход к модели свободного рынка и полный отказ от регуляции.

В России после распада СССР в период до 2000 года резко снизились инвестиции в отрасль. Одновременно наблюдалась консервация станций, строительство которых уже велось. В это самое время указом президента РФ № 923 от 15 августа 1992 г. «Об организации управления электроэнергетическим комплексом Российской Федерации в условиях приватизации» создается РАО «ЕЭС России», которое начало свою деятельность 31 декабря 1992 года. Атомные электростанции перешли под контроль «Росэнергоатом». Не вошли в состав РАО ЕЭС также «Иркутскэнерго», «Башкирэнерго», «Татэнерго», и «Новосибирскэнерго». Постепенно в сложном хозяйстве стал наблюдаться системный кризис, порожденный экономической ситуацией в стране. В соответствии с новой концепцией развития командой Чубайса было решено провести реформу РАО ЕС, целью которой было разукрупнение единой энергосети и создание ряда частных генерирующих и сбытовых компаний. Считалось, что тем самым будет запущен механизм конкуренции и в отрасль придут инвестиции в сумме 4,375 триллиона рублей (в нынешних ценах).

Однако дезинтеграция, по мнению ряда эксперта, в целом отрицательно сказалась на электроэнергетике. В частности главный инженер РАО ЕС в 1994-1996 годах Виктор Кудрявый предсказал рост аварийности в связи с этой реформой, что, собственно, и наблюдается в настоящее время. Снизился и коэффициент использования установленной мощности ГРЭС. Не оправдались надежды на капиталовложения и стабилизацию тарифов.

Электроэнергетика, тепловая и атомная». Вначале мы вспомним, что такое электроэнергетика и какую роль она играет в жизнеобеспечении страны. Затем рассмотрим производство электроэнергии в России. Познакомимся с тепловыми и атомными электростанциями, и обсудим их сходства и отличия, достоинства и недостатки.

Тема: Общая характеристика хозяйства России

Урок: Электроэнергетика. Тепловая и атомная энергетика

Электроэнергетика - это часть топливно-энергетического комплекса, которая занимается производством электрической энергии и передачей её потребителю.

Значение электроэнергетики очень велико в хозяйстве страны и её людей.От электроэнергетики зависит развитие производства и обеспечение жизнедеятельности населения. Она воздействует на территориальное размещение промышлености. Россия занимает четвёртое место в мире по производству электроэнергии, уступая при этом США, Японии, Китаю.

Рис. 1. Страны-лидеры по производству электроэнергии

В России электроэнергия производится на электростанциях четырёх типов: тепловых, гидравлических, атомных и на электростанциях, использующих альтернативных источников энергии.

Рис. 2. Производство электроэнергии в России на электростанциях различных типов

Наибольшее количество электроэнергии производится на тепловых электростанциях. Они являются самым распространённым видом электростанций в России. Тепловые электростанции - это самые старые электростанции в России.

Рис. 3. Тепловые электростанции

Для своей работы электростанции используют: уголь, природный газ, мазут, сланцы, торф. При этом тепловая энергия преобразуется в электрическую. У тепловых электростанций большое количество недостатков: тепловые электростанции для своей работы требуют огромного количества трудовых ресурсов, которые необходимы для обслуживания этих станций; ресурсы, которыми пользуются тепловые электростанции, исчерпаемы и невозобновимы; тепловые электростанции очень плохо регулируются, для их остановки и запуска требуется очень много времени; кроме того, при сгорании топлива выделяется множество вредных веществ, которые уходят в атмосферу, поэтому электростанции являются главным загрязнителем атмосферного воздуха. Но у тепловых электростанций есть большие достоинства, которые делают их самыми распространёнными в России и в мире. Они очень легко и быстро сооружаются, вырабатывают электроэнергию круглогодично без сезонных колебаний в количестве вырабатываемой электроэнергии, кроме того, они могут быть построены как у источников сырья, так и около потребителя.

Тепловые электростанции бывают двух видов: конденсационные и теплоэлектроцентрали . Конденсационные самые популярные электростанции.Если они обслуживают большие районы и вырабатывают большое количество электроэнергии, то их называют государственными районными электростанциями или ГРЭС. В европейской части России ГРЭС используют чаще мазут и уголь.

Рис. 4. Рефтинская ГРЭС

Теплоэлектроцентрали - это тип станций, который вырабатывает не только электрическую энергию, но и производит тепло, которое направляется к потребителю.

Рис. 5. Теплоэлектроцентраль (ТЭЦ)

Особенностью географии теплоэнергетики является то, что они располагаются повсеместно. Самые крупные являются Сургутская ГРЭС, Костромская ГРЭС и Рефтинская ГРЭС.

Рис. 6. Тепловые электростанции России ()

Атомные электростанции - это второй тип электростанций, которые производят электроэнергию на территории России. Первая АЭС была построена в 1954 году в городе Обнинске.

Рис. 7. Атомная электростанция (АЭС)

В настоящее время АЭС производит 15% электроэнергии в России. В сравнении с ТЭС, АЭС имеют ряд преимуществ: не требуют постоянных и больших поставок топлива, ведь один килограмм урана заменяет 2.500 тонн угля, данный тип электростанций удобно располагать в электродефицитных местах и удалённых районах, а при безаварийной работе атомные электростанции оказывают незначительное воздействие на окружающую среду. Способ эксплуатации АЭС в Чернобыле и станции Фукусима, показал, что данный тип электростанций имеет ряд недостатков, прежде всего - это тяжелые последствия, которые происходят после аварий на АЭС. Кроме того, до сих пор не разработаны технологии утилизации отходов, которые образуются при работе АЭС. Станции плохо регулируются: для их остановки и включения требуется несколько недель.

Рис. 8. Действующие электростанции России ( ) В настоящий момент в России действуют 10 АЭС. Основная часть электростанций находится в Европейской части страны - это Нововоронежская АЭС, Ленинградская АЭС, на Урале располагается Белоярская АЭС, на севере Европейской части располагается Кольская АЭС, а на Чукотке Билибинская АЭС.

1. В.П. Дронов, В.Я. Ром. География России: население и хозяйство. 9 класс.
2. В.П. Дронов, И.И. Баринова, В.Я. Ром, А.А. Лоюжанидзе. География России: хозяйство и географические районы. 9 класс.

1. Как это сделано, как это работает (). Как работает тепловая электростанция
2. РИА новости (). Как устроена АЭС
3. Википедия (). Схема работы АЭС
4. РИА новости (). Последствия катастрофы на Чернобыльской АЭС
5. Единая коллекция цифровых образовательных ресурсов (). Топливно-энергетический комплекс: Энергетическая промышленность